(57)【要約】【課題】Ｘ線分析において、２つ以上のデータを比較して行う分析の信頼性を向上させる。【解決手段】  異なる測定条件の下で複数種類のＸ線測定データ（ω、２θ、Ｉ）を求め、それら複数種類のＸ線測定データに基づいてデータ解析部２４によって新たな情報、例えばピークサーチデータを生成し、複数種類のＸ線測定データ及び上記の新たな情報に基づいて３次元画像データを画像データ生成部２６によって生成し、そして、その３次元画像データに基づいて表装置２９の画面上にＸ線測定データに対応した立体画像を表示するＸ線分析方法である。２つ以上の測定データを１つの画面上に組み合わせて表示するので、全ての領域について実際の測定を行わなくて済み、測定を短時間で完了できる。また、ピークサーチ処理のようなデータ解析処理後の３次元画像を画面上に表示するので、正確で見易い表示ができる。【選択図】        図２
2005300305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる測定条件の下で複数種類のＸ線測定データを求め、
それら複数種類のＸ線測定データに基づいて新たな情報を生成するデータ解析処理を行い、
前記複数種類のＸ線測定データ及び前記新たな情報に基づいて３次元画像データを生成し、
その３次元画像データに基づいて表示手段の画面上に前記Ｘ線測定データに対応した立体画像を表示する
ことを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線分析方法において、前記データ解析処理はピークサーチ処理及び／又は座標変換処理であることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のＸ線分析方法において、前記３次元画像データに加えて２次元画像データを生成し、前記表示手段の画面上に前記３次元画像データに対応する立体画像を表示すると共に、前記２次元画像データに対応する２次元画像を表示することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項４】
請求項３記載のＸ線分析方法において、前記ピークサーチ処理によって求められたピーク置を指示する表示を前記立体画像上又は前記２次元画像上で行うことを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線分析方法において、
前記複数種類のＸ線測定データは、試料へのＸ線の入射角度ω、試料から出るＸ線の検出角度２θ、及び試料から出たＸ線の強度Ｉの組合せから成り、
前記異なる測定条件とは、
（１）前記入射角度ωの範囲が異なるか、
（２）前記Ｘ線検出角度２θの範囲が異なるか、
（３）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度２θの両方が異なるか、
（４）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度を走査移動させる際のステップ間隔が異なるか、
（５）測定する試料の種類が異なるか、
（６）同一種類の試料であってその試料の製造条件が異なるか、又は
（７）試料が置かれる環境が異なるか、
のいずれかのデータであることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線分析方法において、
前記複数種類のＸ線測定データは、試料へのＸ線の入射角度ω、試料から出るＸ線の検出角度２θ、試料の方位を決める２つの方位角度の１つである試料のあおり軸周りの角度χ、試料の方位を決める２つの方位角度の他の１つである試料の面内回転軸周りの角度φ、及び試料から出たＸ線の強度Ｉの組合せから成り、
前記異なる測定条件とは、
（１）前記入射角度ωの範囲が異なるか、
（２）前記Ｘ線検出角度２θの範囲が異なるか、
（３）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度２θの両方が異なるか、
（４）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度を走査移動させる際のステップ間隔が異なるか、
（５）前記あおり軸周りの角度χ又は前記面内回転軸周りの角度φが異なるか、
（６）測定する試料の種類が異なるか、
（７）同一種類の試料であってその試料の製造条件が異なるか、又は
（８）試料が置かれる環境が異なるか、
のいずれかのデータであることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線分析方法において、
前記複数種類のＸ線測定データは、試料から出るＸ線の検出角度２θ、試料の方位を決める２つの方位角度の１つである試料のあおり軸周りの角度χ、試料の方位を決める２つの方位角度の他の１つである試料の面内回転軸周りの角度φ、及び試料から出たＸ線の強度Ｉの組合せから成り、
前記異なる測定条件とは、
（１）前記あおり軸周りの角度χの範囲が異なるか、
（２）前記面内回転軸周りの角度φが異なるか、
（３）前記あおり軸周りの角度χ及び前記面内回転軸周りの角度φの両方が異なるか、
（４）前記あおり軸周りの角度χ及び前記面内回転軸周りの角度φを走査移動させる際のステップ間隔が異なるか、
（５）前記Ｘ線検出角度２θの範囲が異なるか、
（６）測定する試料の種類が異なるか、
（７）同一種類の試料であってその試料の製造条件が異なるか、又は
（８）試料が置かれる環境が異なるか、
のいずれかのデータであることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のＸ線分析方法において、前記複数種類のＸ線測定データは、基板上に薄膜を成膜して成る試料に関して、当該基板に関して得られた測定データと、当該薄膜に関して得られた測定データとの２種類であることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項９】
試料にＸ線を照射すると共に該試料から出たＸ線をＸ線検出手段によって検出するＸ線測定装置と、
前記Ｘ線測定装置によって異なる測定条件の下で得られた複数の測定データを記憶するデータ記憶手段と、
画像を表示する表示手段と、
異なる測定条件の下で得られた複数の測定データに基づいて新たな情報を生成するデータ解析手段と、
前記表示手段に立体画像を表示するための３次元画像データを生成する画像データ生成手段とを有し、
前記データ解析手段の解析結果を前記画像データ生成手段によって立体画像上に表示する
ことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項１０】
請求項９記載のＸ線分析装置において、前記データ解析手段は、ピークサーチ処理及び／又は座標変換処理を行うことを特徴とするＸ線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を用いて物質の構造等を分析するＸ線分析方法及びＸ線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を用いて物質の構造を分析する装置、すなわちＸ線分析装置は、従来から広く知られている。このようなＸ線分析装置として、例えば、集中法Ｘ線回折装置、平行ビーム法Ｘ線分析装置、その他各種の装置が知られている。このようなＸ線分析装置として、従来、測定したデータをＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いた画像表示装置の画面上に１次元画像、すなわち線状の画像として表示する方法が知られている。また、２次元画像、すなわち面状の画像として表示する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。また、最近では、３次元画像、すなわち立体画像として表示する方法も知られている。
【０００３】
このようなＸ線分析装置を用いたＸ線分析方法において、１つの試料又は複数の試料から２種類以上のデータを測定し、それらのデータを比較しながら分析を行う方法がある。従来、この分析方法は、求められた２つ以上のデータをＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いた画像表示装置に映像として別々に表示しながら、オペレータがそれらの表示を見比べて観察することによって行われていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８０６３号公報（第６頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように２つ以上のデータを別々に見比べながら分析を行う場合には、熟練者でなければ正確な判断ができないという問題があった。また、２つ以上のデータを別々に表示する場合には、平滑化処理、バックグラウンド除去処理等といったデータ処理が個々のデータに関して独自に行われ、それ故、２つ以上のデータ間で均等なデータ処理が行われたかどうかが分からなかった。２つ以上のデータ間で行われるデータ処理が均等でない場合には、データ処理後の２つ以上のデータを見比べて行う分析の信頼性が低下することになる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、２つ以上のデータを比較して行う分析の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線分析方法は、異なる測定条件の下で複数種類のＸ線測定データを求め、それら複数種類のＸ線測定データに基づいて新たな情報を生成するデータ解析処理を行い、前記複数種類のＸ線測定データ及び前記新たな情報に基づいて３次元画像データを生成し、その３次元画像データに基づいて表示手段の画面上に前記Ｘ線測定データに対応した立体画像を表示することを特徴とする。
今、測定条件として、試料に対するＸ線の入射角度ω、試料に対するＸ線の検出角度２θ等を考えれば、異なる測定条件とは、例えば、ω及び２θの走査領域が異なることが考えられる。
【０００８】
本発明に係るＸ線分析方法によれば、２つ以上の測定データが１つの共通の立体座標上のデータとして生成されるので、それらの測定データ間で共通のデータ処理、例えば平滑化処理、バックグラウンド除去処理等を行うことができる。それ故、それらの測定データを比較して行う分析の信頼性が向上する。
【０００９】
また、２つ以上の測定データが１つの共通の立体座標上のデータとして生成されるので、それらの測定データ間で共通のデータ解析、例えばピークサーチを行うことができる。それ故、解析された２つ以上の測定データの比較の信頼性が向上する。
【００１０】
さらに、本実施形態では、データ解析処理、例えばピークサーチ処理、座標変換等、されたデータに基づいて３次元画像が生成されて表示されるので、オペレータが測定結果を判断する上で非常に判断し易い表示を行うことができる。例えば、３次元画像においては、複数のプロファイルを視点を種々の位置に変えて３次元的に表示できるので、各プロファイル間でのピークの比較を正確に行うことができる。しかも、表示されるプロファイルについてはピークサーチ等といった解析処理が行われているので、データの信頼性も非常に高い。
【００１１】
ところで、２つ以上の測定データの処理方法として、１つの測定データを他の測定データの測定条件に換算する処理、すなわち２つ以上の測定データを規格化した上で１つの座標系の上に表示する方法がある。例えば、今、
（１）測定角度のステップ間隔が０．１°であってＸＹ座標系上での測定範囲がＸ＝１〜２、Ｙ＝０〜１のデータ１と
（２）測定角度のステップ間隔が１°であってＸＹ座標系上での測定範囲がＸ＝３〜５、Ｙ＝２〜４のデータ２と、
が得られている場合に、
（３）それらのデータ１及びデータ２に基づいて、測定角度のステップ間隔が０．１°であってＸＹ座標系上での測定範囲がＸ＝０〜５、Ｙ＝０〜４のデータ３を演算によって求める場合がある。この場合に、（３）で求めた測定データ３が規格化されたデータである。
【００１２】
以上のように２つ以上の測定データを合成する方法として、それらの測定データを１つの条件に規格化する方法を採用した場合には、規格化するための演算工程が必要になるので処理が面倒になるという問題が考えられる。また、規格化された後には２つ以上の測定データを個別に処理することができなくなるので、それらのデータを立体画面上に個別に表示して視点を変えた状態の立体表示を行うことができなくなる等といった問題も考えられる。これに対し、本発明に係るＸ線分析方法によれば、２つ以上の測定データは、規格化されることなく共通の立体座標上に個別に３次元画像データとして演算されるので、データの処理が非常に簡単である。
【００１３】
次に、本発明に係るＸ線分析方法において、前記データ解析処理はピークサーチ処理及び／又は座標変換処理であることが望ましい。こうすれば、信頼性の高い有用な３次元画像、すなわち立体画像が得られる。
【００１４】
上記のピークサーチは、オペレータが目視によって行うこともできるが、分析の客観性を高めるためには演算によって求めることが望ましい。さらには、そのピークサーチの結果を画像表示装置、プリンタ等といった表示手段によって表示することが望ましい。さらには、そのピークサーチによって求められたピーク位置を上記の３次元画像と共に指示することが望ましい。こうすれば、３次元画像におけるピーク波形のピーク位置を簡単且つ確実に認識でき、さらには、２つ以上の測定データにおけるピーク位置の比較を明確に識別できる。さらには、３次元画像における視点の位置を変化させることにより、２つ以上の測定データに関する３次元画像の見る角度を種々に変化させることにより、ピーク位置の比較をより一層正確に行うことができる。
【００１５】
次に、本発明に係るＸ線分析方法において、前記複数種類のＸ線測定データは、試料へのＸ線の入射角度ω、試料から出るＸ線の検出角度２θ、及び試料から出たＸ線の強度Ｉの組合せから成るものとすることができる。そしてこの場合、前記異なる測定条件とは、
（１）前記入射角度ωの範囲が異なるか、
（２）前記Ｘ線検出角度２θの範囲が異なるか、
（３）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度２θの両方が異なるか、
（４）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度を走査移動させる際のステップ間隔が異なるか、
（５）測定する試料の種類が異なるか、
（６）同一種類の試料であってその試料の製造条件が異なるか、又は
（７）試料が置かれる環境が異なるか、
のいずれかの条件とすることができる。
この分析方法は、逆格子マップ測定を行うのに適した方法である。
【００１６】
ここで、「測定する試料の種類が異なる」とは、例えば、試料の材質が異なる場合、試料の結晶構造が異なる場合、その他、試料の種類自体が異なる場合のことである。また、「試料の製造条件が異なる」とは、試料の種類自体は同じであるが、それを製造する際の条件、例えば製造時の温度、製造時の圧力等が異なる場合のことである。また、「試料が置かれる環境が異なる」とは、分析中の試料の温度を変えたり、分析中の試料の周りのガス雰囲気を変えたりすること等である。
【００１７】
次に、本発明に係るＸ線分析方法において、前記複数種類のＸ線測定データは、試料へのＸ線の入射角度ω、試料から出るＸ線の検出角度２θ、試料の方位を決める２つの方位角度の１つである試料のあおり軸周りの角度χ、試料の方位を決める２つの方位角度の他の１つである試料の面内回転軸周りの角度φ、及び試料から出たＸ線の強度Ｉの組合せから成るものとすることができる。そしてこの場合、前記異なる測定条件とは、
（１）前記入射角度ωの範囲が異なるか、
（２）前記Ｘ線検出角度２θの範囲が異なるか、
（３）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度２θの両方が異なるか、
（４）前記Ｘ線入射角度ω及び前記Ｘ線検出角度を走査移動させる際のステップ間隔が異なるか、
（５）前記あおり軸周りの角度χ又は前記面内回転軸周りの角度φが異なるか、
（６）測定する試料の種類が異なるか、
（７）同一種類の試料であってその試料の製造条件が異なるか、又は
（８）試料が置かれる環境が異なるか、のいずれかの条件とすることができる。
この分析方法は、逆格子マップ測定を行うのに適した方法である。
【００１８】
次に、本発明に係るＸ線分析方法において、前記複数種類のＸ線測定データは、試料から出るＸ線の検出角度２θ、試料の方位を決める２つの方位角度の１つである試料のあおり軸周りの角度χ、試料の方位を決める２つの方位角度の他の１つである試料の面内回転軸周りの角度φ、及び試料から出たＸ線の強度Ｉの組合せから成るものとすることができる。そしてこの場合、前記異なる測定条件とは、
（１）前記あおり軸周りの角度χの範囲が異なるか、
（２）前記面内回転軸周りの角度φが異なるか、
（３）前記あおり軸周りの角度χ及び前記面内回転軸周りの角度φの両方が異なるか、
（４）前記あおり軸周りの角度χ及び前記面内回転軸周りの角度φを走査移動させる際のステップ間隔が異なるか、
（５）前記Ｘ線検出角度２θの範囲が異なるか、
（６）測定する試料の種類が異なるか、
（７）同一種類の試料であってその試料の製造条件が異なるか、又は
（８）試料が置かれる環境が異なるか、のいずれかの条件とすることができる。
この分析方法は、極点測定を行うのに適した方法である。
【００１９】
次に、本発明に係るＸ線分析方法において、前記複数種類のＸ線測定データは、基板上に薄膜を成膜して成る試料に関して、当該基板に関して得られた測定データと、当該薄膜に関して得られた測定データとの２種類であることが望ましい。この測定は、基板上に薄膜が形成されて成る１つの試料に対して異なる測定条件で２つの測定データを得ることを目的とする測定である。
【００２０】
この種の測定として広く知られているものに、逆格子マップ測定や極点測定等がある。逆格子マップ測定とは、試料の回転角度であるω角度及び試料から出るＸ線を検出する角度である２θ角度を互いに関連させて走査移動させ、その走査移動の際に２次元的なＸ線強度データ分布を測定するものである。この手法によって得られたＸ線強度データの分布図形を表示することにより、試料方位に対する格子面間隔の変化を解析できる。また、得られたデータを逆格子空間座標へ変化し、ピークサーチを行い、異なる方向への射影成分を算出することにより、それぞれの方向での格子定数の成分を比較することができる。
【００２１】
また、極点測定とは、一般的には、検出器位置である２θを固定し、試料のみを面内回転（φ軸）及びあおり回転（χ軸）させて２次元的なＸ線強度データの分布を測定するものである。この手法によって得られたＸ線強度データの分布図形を表示することにより、所定の結晶格子面の分布形態が解析できる。
【００２２】
また、極点測定の中には、特殊なゴニオメータを用いて測定を行う場合もある。この場合には、試料回転はω軸及び面内回転のφ軸の２軸操作によって行う。また、検出器位置は２θとχの２軸操作によって行う。制御自体は上記の一般的な手法によって行って信号を出力し、その出力データを２次元的なＸ線強度の分布図形として表示する。
【００２３】
次に、本発明に係るＸ線分析装置は、試料にＸ線を照射すると共に該試料から出たＸ線をＸ線検出手段によって検出するＸ線測定装置と、前記Ｘ線測定装置によって異なる測定条件の下で得られた複数の測定データを記憶するデータ記憶手段と、画像を表示する表示手段と、異なる測定条件の下で得られた複数の測定データに基づいて新たな情報を生成するデータ解析手段と、前記表示手段に立体画像を表示するための３次元画像データを生成する画像データ生成手段とを有し、前記データ解析手段の解析結果を前記画像データ生成手段によって立体画像上に表示することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るＸ線分析装置によれば、２つ以上の測定データが１つの共通の立体座標上のデータとして生成されるので、それらの測定データ間で共通のデータ処理、例えば平滑化処理、バックグラウンド除去処理等を行うことができる。それ故、それらの測定データを比較して行う分析の信頼性が向上する。
【００２５】
また、２つ以上の測定データが１つの共通の立体座標上のデータとして生成されるので、それらの測定データ間で共通のデータ解析、例えばピークサーチを行うことができる。それ故、解析された２つ以上の測定データの比較の信頼性が向上する。
【００２６】
さらに、３次元画像においては、複数のプロファイルを視点を種々の位置に変えて３次元的に表示できるので、各プロファイル間でのピークの比較を正確に行うことができる。しかも、表示されるプロファイルについてはピークサーチ等といった解析処理が行われているので、データの信頼性も非常に高い。
【００２７】
次に、本発明に係るＸ線分析装置において、前記データ解析手段は、ピークサーチ処理及び／又は座標変換処理を行うことが望ましい。ピークサーチ処理及び座標変換処理を行った後の測定データを立体画像として表示すれば、信頼性の高いデータを見易い形で表示できる。
【００２８】
なお、ピークサーチ処理の演算結果は画像表示装置、プリンタ等といった表示手段によって表示することが望ましい。また、その場合には、ピークサーチ処理によって求められたピーク位置を測定結果である３次元画像又は２次元画像と共に表示することが望ましい。こうすれば、３次元画像又は２次元画像におけるピーク波形のピーク位置を簡単且つ確実に認識でき、さらには、２つ以上の測定データにおけるピーク位置の比較を明確に識別できる。さらには、３次元画像における視点の位置を変化させることにより、２つ以上の測定データに関する３次元画像の見る角度を種々に変化させることにより、ピーク位置の比較をより一層正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るＸ線分析方法及びＸ線分析装置によれば、２つ以上の測定データが１つの共通の立体座標上のデータとして生成されるので、それらの測定データ間で共通のデータ処理、例えば平滑化処理、バックグラウンド除去処理等を行うことができる。それ故、それらの測定データを比較して行う分析の信頼性が向上する。
【００３０】
また、２つ以上の測定データが１つの共通の立体座標上のデータとして生成されるので、それらの測定データ間で共通のデータ解析、例えばピークサーチ処理、座標変換処理、を行うことができる。それ故、解析された２つ以上の測定データの比較の信頼性が向上する。
【００３１】
さらに、ピークサーチ処理等といったデータ解析処理が成された後のデータに基づいて３次元画像データが生成されて３次元画像が表示されるので、オペレータが測定結果を判断する上で非常に判断し易い表示を行うことができる。例えば、３次元画像においては、複数のプロファイルを視点を種々の位置に変えて３次元的に表示できるので、各プロファイル間でのピークの比較を正確に行うことができる。しかも、表示されるプロファイルについてはピークサーチ等といった解析処理が行われているので、データの信頼性も非常に高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明するが、まず、その実施形態の前提となる基本概念について簡単に説明する。
結晶とは、原子から成る固体であって、その原子が３次元空間で周期的に同じ様式を繰り返すような配列をとっている固体である。また、結晶格子とは、結晶を構成する複数の原子の配列によって形成される枠組みである。この結晶格子内の点が格子点である。全ての格子点は、互いに平行で等間隔な平面群の上に載せることができ、このような平面は格子面と呼ばれる。結晶内において複数の格子面は互いに平行に並び、結晶に入射するＸ線の波長と複数の格子面の間隔との間で、いわゆるブッラグの回折条件が満足されると、各格子面で散乱したＸ線が強め合って、特定の角度方向に強度の強いＸ線が出る。この強度の強いＸ線が回折Ｘ線である。以上のように、回折現象を考える上で結晶格子の概念は重要である。
【００３３】
ところで、Ｘ線の回折現象を考える上で、上記のような結晶格子に基づく場合とは別に、いわゆる逆格子の概念に基づく場合がある。この逆格子は、結晶格子を決定する３つの基本ベクトルに対して一定の関係を持つ逆格子基本ベクトルによって特定される格子である。この逆格子によって特定される空間は、一般に、逆格子空間と呼ばれている。この逆格子空間の考えに基づいて行われる測定として、逆格子マップ測定及び極点測定がある。
【００３４】
今、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、試料内部に仮想の逆格子空間Ｒｅを考えるとする。ここで、符号「Ｙ」は試料表面法線を示している。上記の逆格子マップ測定は、図１０（ａ）に示す断面ＳｅにおけるＸ線強度情報を測定するものであると考えられる。ここで、断面Ｓｅは、逆格子空間ＲｅのＹ軸線周りの角度、すなわち試料に関する面内回転角度が一定であって、Ｘ線入射角度ω及びＸ線検出角度２θをスキャン、すなわち走査移動させたときに得られる断面である。一方、上記の極点測定は、図１０（ｂ）に示す曲面Ｓｕ上におけるＸ線強度情報を測定するものであると考えられる。ここで、曲面Ｓｕは、逆格子空間ＲｅのＸ線入射角度ω及びＸ線検出角度２θが一定であって、試料をＹ軸線周りに面内回転させたときに得られる曲面である。
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明に係るＸ線分析方法及びＸ線分析装置を、逆格子マップ測定に適用する場合を例に挙げて説明する。より具体的には、Ｓｉ（シリコン）基板上にエピ成長したＧａＡｓ（ガリウムヒ素）薄膜のエピタキシーを逆格子マップ測定を用いて評価する場合を例示する。さらに具体的には、Ｘ線を試料に低角度で入射させたときに十分な強度が得られる反射を探し、２２４反射の逆格子マップ測定を行う場合を例示する。ここで、Ｘ線を低角度で試料へ入射させるころにより、薄膜から信号を有効に取り出すことができる。なお、本発明がその実施形態に限定されるものでないことは、もちろんである。
【００３６】
図１は、逆格子マップ測定を行うための本発明に係るＸ線分析装置の主要部分を構成するＸ線測定装置１を示している。本実施形態では、このＸ線測定装置１は平行ビーム光学系を用いて構成されている。また、図２は、本発明に係るＸ線分析装置の全体的な構成をブロック図によって示している。
【００３７】
図１において、Ｘ線測定装置１は、試料ＳのＸ線入射側に、Ｘ線発生装置４と、多層膜ミラー６と、平行ビーム形成装置７とを有する。また、試料ＳのＸ線出射側に、ビーム調整装置８と、Ｘ線カウンタ９とを有する。Ｘ線発生装置４は、陰極すなわちフィラメント２及びそれに対向する回転対陰極すなわち回転ターゲット３を有する。回転ターゲット３は中心軸線Ｘ０を中心とする円筒形状に形成され、その軸線Ｘ０を中心として矢印Ａのように回転すると共にその内部に冷却水が流される。この回転及び通水によりターゲット３の外周面すなわち電子衝突面すなわちＸ線出射面が冷却される。
【００３８】
回転ターゲット３に対向するフィラメント２は通電により発熱して熱電子を放出する。フィラメント２とターゲット３との間には高電圧、いわゆる管電圧が印加され、フィラメント２から放出された熱電子はこの管電圧によって加速されてターゲット３の周面に衝突する。こうして電子が衝突する領域がＸ線焦点である。このＸ線焦点に衝突した電子が持つエネルギの一部がＸ線に変換され、そのＸ線がＸ線焦点から外部へ出射する。つまり、このＸ線焦点がＸ線源として機能する。こうして発生したＸ線はターゲット３の材質、例えばＣｕ（銅）に対応した波長を有する。
【００３９】
Ｘ線焦点が形成される部分のターゲット表面は電子の衝突によって高温に加熱されるが、このターゲットは矢印Ａ方向への回転及びその内部への通水によって冷却されるので、ターゲットとしての性質が維持される。ターゲット３を冷却しながらＸ線を発生させることにより、高い電圧の管電圧を印加することが可能になり、それ故、Ｘ線発生装置４から強度の高いＸ線を発生することができる。
【００４０】
Ｘ線発生装置４で発生して発散するＸ線は多層膜ミラー６に当たる。この多層膜ミラー６は、基板上に複数の薄膜を積層することによって形成され、最上層の薄膜の表面及び各薄膜間の界面で反射したＸ線が狭い領域に集束する。これにより、強度の高いＸ線を形成できる。
【００４１】
多層膜ミラー６の下流側に配置された平行ビーム形成装置７は、互いに間隔をおいて並べられた２枚のスリット１１ａ及び１１ｂによって形成されている。これらのスリット１１ａ及び１１ｂにより、断面径の小さい平行なＸ線ビームが形成され、この平行ビームが試料Ｓに角度ωの入射角度で入射する。この入射角度ωは、通常、１０°以下の低角度である。試料Ｓは、Ｓｉ基板Ｓ０上にＧａＡｓ薄膜Ｓ１が形成されたものである。本実施形態のＸ線分析方法を用いれば、例えば、基板Ｓ０上に形成した薄膜Ｓ１が当初の材質からどのように変化しているかを観察したり、薄膜Ｓ１の方位が揃っているか揃っていないかを観察したりすることができる。
【００４２】
試料Ｓに入射したＸ線は、薄膜試料Ｓ１の格子面及び基板Ｓ０の格子面により回折現象を起こす。結晶質の物質であれば、Ｘ線の入射角度、試料面内方位、検出器位置の全てによって決定される幾何学条件が回折条件を満たす場合にのみ、検出器から回折信号が出力される。試料Ｓの下流側に配設されたビーム調整装置８は、２つの受光スリット１２ａ及び１２ｂを有する。これらのスリット１２ａ，１２ｂの働きにより、試料Ｓから出たＸ線がＸ線カウンタ９に正確に取り込まれる。また、下流側のスリット１２ｂは散乱線がＸ線カウンタ９に入ることを防止する。Ｘ線カウンタ９は、Ｘ線を点状に検出することができる検出器、いわゆる０次元Ｘ線検出器によって構成される。このようなＸ線検出器としては、例えば、シンチレーションカウンタを用いることができる。Ｘ線カウンタ９は、Ｘ線を受け入れたときに、受け入れたＸ線の量に対応する信号ＳＩを出力し、その出力信号ＳＩは図２において制御装置１４に送られる。
【００４３】
図１において、試料Ｓは図示しない試料台によって支持される。この試料台にはω回転装置１３が接続される。ω回転装置１３が作動すると試料台が回転し、それに支持された試料Ｓがω軸線を中心として矢印Ｂのように回転する。ω軸線は、試料Ｓの表面に沿って図１の紙面垂直方向に延びる軸線である。この試料Ｓの回転により、試料Ｓに対するＸ線の入射角度ωが変化する。ω回転装置１３は、例えば、回転角度を制御できる構造のモータを駆動源として含んで構成される。モータとしてパルスモータを用いれば、そのパルスモータに供給するパルス信号に基づいてＸ線入射角度ωを検知できる。また、モータとしてサーボモータを用い、このモータの出力軸にエンコーダを付設し、このエンコーダの出力パルス信号に基づいてＸ線入射角度ωを検知することもできる。ω回転装置１３は検知した入射角度ωに対応する信号Ｓωを出力する。この入射角度信号Ｓωは、図２において、制御装置１４に送られる。
【００４４】
図１において、Ｘ線カウンタ９は図示しない支持台によって支持される。この支持台には２θ回転装置１６が接続される。２θ回転装置１６が作動すると支持台がω軸線を中心として矢印Ｃのように回転する。この回転により、Ｘ線光軸に対するＸ線カウンタ９の角度２θが変化する。２θ回転装置１６は、例えば、回転角度を制御できる構造のモータを駆動源として含んで構成される。モータとしてパルスモータを用いれば、そのパルスモータに供給するパルス信号に基づいて検出角度２θを検知できる。また、モータとしてサーボモータを用い、このモータの出力軸にエンコーダを付設し、このエンコーダの出力パルス信号に基づいて検出角度２θを検知することもできる。２θ回転装置１６は検知した検出角度２θに対応する信号Ｓ２θを出力する。この検出角度信号Ｓ２θは、図２において、制御装置１４に送られる。
【００４５】
図２において、制御装置１４はコンピュータを用いて構成されている。具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１８と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１９と、外部記憶装置としてのハードディスク２１と、それらの機器を結ぶバス２２とを有する。バス２２には、データ処理部２３、データ解析部２４、及び画像データ生成部２６が接続される。また、画像データ生成部２６には、ビデオメモリ２７、Ｄ／Ａコンバータ２８、そして表示手段としての画像表示装置２９が順次に接続される。この画像表示装置は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ等といったフラットパネルディスプレイによって構成される。また、バス２２には、表示手段としてのプリンタ３１及び入力装置としてのキーボード３２が接続される。
【００４６】
ハードディスク２１の内部には、Ｘ線分析を行うためのプログラムソフトが格納され、さらに、図１のＸ線測定装置１によって求められた複数種類の測定データを記憶するための複数のデータファイルが設けられる。図２では、２種類のデータを記憶するための２つのファイル、すなわち第１ファイル３３ａと第２ファイル３３ｂとが示されている。
【００４７】
データ処理部２３は、Ｘ線測定装置１によって求められたデータ、すなわち試料Ｓへ入射するＸ線の入射角ω、試料Ｓから出射するＸ線の出射角度２θ、及び個々の出射角度２θにおいて試料Ｓから出射するＸ線の強度Ｉの各データに対して、解析をし易くするための処理、例えば、平滑化処理、バックグラウンド除去処理等を行う。このデータ処理部２３は、単独の回路として構成することもできるし、あるいは、ハードディスク２１内のプログラムの中にソフト的に組み込むこともできる。
【００４８】
データ解析部２４は、Ｘ線測定装置１によって求められた上記のデータを直接に又はデータ処理部２３を介して取り込んで、希望の解析を行う。ここで言う解析とは、測定されたデータに基づいて新たな情報を作成する処理のことを言う。このような解析処理としては、例えば、求められた測定データをグラフとして表示したときに得られるピーク波形のピーク値を求める処理、いわゆるピークサーチが考えられる。また、測定されたデータに対して座標変換を行う処理が考えられる。このデータ解析部２４は、単独の回路として構成することもできるし、あるいは、ハードディスク２１内のプログラムの中にソフト的に組み込むこともできる。
【００４９】
画像データ生成部２６は、周知のように、３次元処理部及び２次元処理部を有し、Ｘ線測定装置１によって求められたＸ線入射角度ω、Ｘ線出射角度２θ、及びＸ線強度Ｉの各データを表示装置２９の画面上に３次元的、２次元的、及び１次元的に表示するためのデータ処理を行う。この画像データ生成部２６も、単独の回路として構成することもできるし、あるいは、ハードディスク２１内のプログラムの中にソフト的に組み込むこともできる。
【００５０】
ビデオメモリ２７は、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに関する１フレーム分の複数の画素の色データを格納するためのメモリである。また、Ｄ／Ａコンバータ２８は、ビデオメモリ２７に格納された各画素に対応するデジタル色信号を表示装置２９の駆動に適したアナログ信号に変換する。
【００５１】
画像データ生成部２６は、入力されたω、２θ、Ｉの各データに基づいて、例えば、次のような処理を行う。
（ａ）３次元座標空間内における３次元モデル（すなわち３次元物体、すなわち３次元オブジェクト）の形状をポリゴンを単位とするポリゴンメッシュによって演算によって定義する。具体的には、３次元モデルの頂点の座標、境界線、及び面を表現する方程式のパラメータ等を定義する。
【００５２】
（ｂ）以上で求められた３次元モデルデータは仮想的に設定された原点を基準とする絶対座標であるが、これを、与えられたある視点位置を基準としたスクリーン空間上の座標値に置き換える。スクリーン空間というのは２次元空間のことであり、このステップにおいて、３次元画像データが２次元画像データに変換される。
【００５３】
（ｃ）以上で求められた２次元化されたポリゴンにより、Ｒ，Ｇ，Ｂのビデオ信号を生成する。このとき、見えない部分を表示しない処理（すなわち、陰面処理）等が行われる。
【００５４】
以下、上記構成より成るＸ線分析装置の動作について説明する。
図１のＸ線測定装置１は、基板Ｓ０に着目した測定と、薄膜Ｓ１に着目した測定との２種類の測定を、レゾリューションすなわち分解能を変えて測定する。具体的には、基板Ｓ０に関する測定では分解能の高い細かいステップ、例えば角度１／１００度で検出角度２θを変化させ、それに対応してＸ線入射角度ωを変化させながら測定を行う。一方、薄膜Ｓ１に関する測定では分解能の低い粗いステップ、例えば角度１度で検出角度２θを変化させ、それに対応してＸ線入射角度ωを変化させながら測定を行う。
【００５５】
また、Ｘ線入射角度ω及びＸ線検出角度２θの全領域に関してスキャンを行うのでなく、基板Ｓ０に対してはピーク波形が出ると思われる第１の領域（ω１，２θ１〜ω２，２θ２）の範囲で測定を行う。そして、薄膜Ｓ１に対してはピーク波形が出ると思われる第２の領域（ω３，２θ３〜ω４，２θ４）の範囲で測定を行う。以上のように、基板Ｓ０に対する測定と薄膜Ｓ１に対する測定は、それぞれ、異なる測定条件の下に行われ、そして、図２において、それぞれ、異なるファイル３３ａ，３３ｂに別々に記憶される。ω及び２θのスキャンを全領域にわたってするのではなく、上記のように、必要と思われる領域を選択して行うようにすれば、非常に短時間で測定を完了できる。
【００５６】
なお、分解能の設定にあたって、ステップ角度によって分解能を調節することに代えて、光学系の組み替えによって分解能を測定対象の変化に対応させることもできる。具体的には、薄膜Ｓ１に対しては分解能の低い光学系、例えばスリットを含んだ光学系を用い、基板Ｓ０に対しては分解能の高い光学系、例えば結晶モノクロメータ等といった光学素子を含んだ光学系を用いる。
【００５７】
基板Ｓ０に関する分解能の高い測定が行われると、Ｘ線入射角度データω、Ｘ線出射角度データ２θ、及びＸ線カウンタ９によって検出されたＸ線強度データＩが求められる。そして、これらのデータは第１の測定結果として図２のハードディスク２１内の第１ファイル内に記憶される。また、薄膜Ｓ１に関する分解能の低い測定が行われると、得られたω、２θ、Ｉの各データがハードディスク２１内の第２ファイル内に記憶される。こうして、異なる測定条件の下に得られた複数種類の測定データが異なるファイルに格納される。
【００５８】
ＣＰＵ１７は、異なる測定条件の下に得られた２種類のデータである第１ファイル内のω、２θ、Ｉの各データ及び第２ファイル内のω、２θ、Ｉの各データをプログラムに従って画像データ生成部２６へ送る。画像データ生成部２６は、ω、２θ、Ｉの各データを基にして３次元画像処理、２次元画像処理、及び１次元画像処理を行い、得られた画像情報をビデオメモリ２７、Ｄ／Ａコンバータ２８を通して表示装置２９の画面に表示する。
【００５９】
図３は、そのようにして１つの画面３４上に表示される表示内容の一例を示している。この画面表示において、符号Ｄは３次元画像であり、符号Ｅは２次元画像であり、符号Ｆは１次元画像である。３次元画像Ｄでは、ω軸、２θ軸、Ｉ軸の３軸が２次元平面内で立体的に表示され、その３軸座標上に、図２の第１ファイル３３ａ内のω、２θ、Ｉデータがプロットされて第１プロファイルＰ１が立体的に表示され、さらに、第２ファイル３３ｂ内のω、２θ、Ｉデータがプロットされて第２プロファイルＰ２が立体的に表示される。
【００６０】
各プロファイルは、その表面がＸ線強度Ｉの強さに対応した色で表示されるようになっており、本実施形態では、強度が強い方から弱い方へ変化するのに従って、表示色が「赤色」→「黄色」→「緑色」→「青色」のように連続して変化する。各色の中間部分は各色を混ぜ合わせた色で表示される。なお、第１プロファイルＰ１及び第２プロファイルＰ２は、図２の画像データ生成部２６によってそれぞれが独自に３次元画像処理されたものであり、視点位置を変化させれば、それぞれが独自にその視点位置から見た状態の３次元像として表示される。従って、例えば、矢印Ｈ方向から第１プロファイルＰ１及び第２プロファイルＰ２を見た状態を３次元像として表示すれば、図４に示すように、第１プロファイルＰ１の裏側に第２プロファイルＰ２が隠れた状態が表示される。この場合、第１プロファイルＰ１と第２プロファイルＰ２とが重なる部分は、手前側に存在する第１プロファイルＰ１が優先して表示され、奥側に存在する第２プロファイルＰ２は消去される。
【００６１】
このように、２つの異なる測定条件下で求められた２つの測定データを共通の３次元座標内で３次元表示、すなわち立体表示させれば、２つの測定データを個別に表示させて観察する場合に比べて、簡単且つ正確に測定データの比較を行うことができる。具体的には、色表示の違いからＸ線強度Ｉの違いを視覚的に判別できる。また、２θの違いから格子定数の違いを判別できる。また、ωの違いから結晶方位の違いを判別できる。
【００６２】
次に、図３の画面３４内の２次元画像Ｅでは、３次元画像Ｄにおける３次元座標から選択されたω−２θの２次元座標上に第１プロファイルＰ１及び第２プロファイルＰ２が表示される。この場合、各プロファイルは平面的なＸ線強度情報も含んでおり、Ｘ線強度の強さが強い方から弱い方へ変化するのに従って、表示色が「赤色」→「黄色」→「緑色」→「青色」のように連続して変化する。
【００６３】
この時、各プロファイルの測定領域に重なりがある場合には、上位になるデータを半透明で表示させることが望ましい。こうすれば、上位になるデータを視覚的に観察できることはもとより、下位にあるデータも視覚的に同時に観察できることになる。
【００６４】
次に、１次元画像Ｆでは、３次元画像ＤにおけるＩ−２θの２次元座標上に線Ｇによって第１プロファイルＰ１が表示されている。もちろん、第２プロファイルＰ２を表示させることもできるし、Ｐ１及びＰ２の両方を同時に表示させることもできる。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、図２の第１ファイル３３ａ内のデータと第２ファイル３３ｂ内のデータとをそれぞれ別々に画像データ生成部２６によって３次元表示処理して、図３の画面３４内の１つの共通の３次元座標上に立体表示するようにしたので、それぞれの測定データを簡単且つ正確に観察できる。また、２次元画像Ｅ内に表示される２次元表示及び１次元画像Ｆ内に表示される１次元表示を併せて観察することにより、より一層正確な観察を行うことができる。
【００６６】
なお、上記説明では２次元画像Ｅ内に、ω−２θの２次元座標をとったが、これに代えて又はこれに加えてＩ−２θの２次元座標をとることもできる。また、上記説明では１次元画像Ｆ内に、Ｉ−２θの２次元座標をとったが、これに変えて又はこれに加えて、ω−２θの２次元座標や、ω−Ｉの２次元座標をとることもできる。
【００６７】
以上の説明は、図２の第１ファイル３３ａ及び第２ファイル３３ｂ内に記憶された２種類の測定データを加工することなく直接に表示して観察する場合の説明である。これ以外に、本実施形態では、図２のデータ処理部２３及びデータ解析部２４を用いて、さらに有用な表示を行うことができる。以下、これについて説明する。
【００６８】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、データ処理を行う前の測定データに関する表示である。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図３における２次元画像Ｅと同じ２次元表示であって、（ａ）はＩ−２θ座標上の表示を示し、（ｂ）はω−２θ座標上の表示を示している。図示の通り、データ処理を行う前の測定データをそのまま表示すると、２次元表示、すなわち平面表示の表示面が非常に粗い状態で表示される。このままでは、表示も見難いし、ピークサーチも行い難い。
【００６９】
図２のデータ処理部２３は、第１ファイル３３ａ及び第２ファイル３３ｂ内に記憶された測定データに対してデータ処理を行う。データ処理とは、求められた測定データから何等かの新しい情報を作り出すのではなく、単にその測定データに対して何等かの加工を加えるだけの処理である。このようなデータ処理として、例えば、平滑化処理を行うことができる。この平滑化処理とは、図５に示した粗い測定データの表面状態を滑らかにして見易くするための処理である。この処理を施した後に画像データ生成部２６で３次元データ処理及び２次元データ処理を行えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、表面が滑らかになったプロファイル表示が得られる。
【００７０】
なお、平滑化処理は、例えば、ガウス関数と測定強度データを畳み込み積分によって合成することによって行うことができる。すなわち、
測定強度データをＩ（ω、２θ）とし、ガウス関数を
Ｇ（ω，２θ）＝ｅｘｐ（−（ω／Ｗ０）２−（２θ／Ｗ１）２）／πＷ０Ｗ１
とすると、平滑化処理後のデータＩ’（ω，２θ）は、
Ｉ’（ω，２θ）＝Σω’Σ２θ’Ｇ（ω―ω’，２θ―２θ’）Ｉ（ω’，２θ’）
によって得られる。ここで、Ｗ０，Ｗ１は平滑化の程度を表わす量で、これらの値が大きいほど、より滑らかになる。オペレータは、これらの量を変更して望みの平滑化データを得る。
【００７１】
また、データ処理部２３は、第１ファイル３３ａ及び第２ファイル３３ｂ内に記憶された測定データ又は平滑化処理を受けた後のデータに対して、データ処理としてのバックグラウンド除去処理を行うことができる。このバックグラウンド除去処理とは、図５に示した粗い測定データ又は図６に示した平滑化処理後のデータに関して、一定のレベル以下の情報を除去することにより、必要なデータだけを見易く表示するための処理である。この処理を行えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、Ｘ線強度Ｉが所定値以下の部分が消去され、第１プロファイルＰ１及び第２プロファイルＰ２が見易くなる。
【００７２】
なお、バックグラウンド処理は、例えば、ピーク以外の領域の強度を見積もってそれをデータから除去する処理である。具体的には、まず、バックグラウンド関数Ｂ（ω，２θ）を多項式関数として設定し、データとのフィッティングによってその多項式関数を決定する。そして、測定されたデータからこの関数値を差し引く。なお、フィッティングの際には、ピークに属するデータを認識し、それを使用しないことが望ましい。一般に、ピークはバックグラウンドから突出したデータであるので、バックグラウンド関数よりも著しく大きいものはピークであると認識できる。
【００７３】
次に、図２のデータ解析部２４は、第１ファイル３３ａ及び第２ファイル３３ｂ内に記憶された測定データに対して、又は、データ処理部２３によって平滑化処理、バックグラウンド除去処理等といったデータ処理を受けた後のデータに対して解析処理としてのピークサーチ処理を行う。このピークサーチ処理とは、Ｘ線測定図形に現れるピーク波形の先端、すなわちピークの位置を演算によって求める処理である。この演算処理は、図５に示した測定データそのものに対して行うこともできるが、図７に示したようなデータ処理の終了後のデータに対して行う方が信頼性が向上する。
【００７４】
なお、ピークサーチ処理にあたっては、例えば、次のような処理を行う。すなわち、ピークは周りの点よりも大きい点なので、そのような点をまず検出し、それが有意に大きい場合にはそれをピークとする。大きさが有意であるとは、ピークの積分強度ＩＰがその誤差σ（ＩＰ）よりも十分に大きいことである。
【００７５】
このようなピークサーチ処理を行った後のデータに対して図２の画像データ生成部２６によって１次元、２次元、及び３次元の各画像データを生成し、これらの画像データに基づいて画像表示装置２９の画面上に図３に示すような１次元画像Ｆ、２次元画像Ｅ、及び３次元画像Ｈを表示する。このときに表示される各画像はピークサーチ処理を施された後の画像データに基づいているので、各画像Ｆ，Ｅ，Ｈにおけるピーク位置の精度は非常に高く、また明確に表示できる。なお、ピーク位置を明確に示すために、ピーク位置をドット表示するようにプログラムを構成することもできる。ここで、ドット表示とは、点状に表示することであり、具体的には「×」印、「＋」印、「○」印、「レ」印、その他、点の位置を指示できる任意の表示とすることができる。
【００７６】
図８は、図２のデータ処理部２３による平滑化処理又はバックグラウンド除去処理の終了後のデータに対して、データ解析部２４によってピークサーチ処理を実行し、さらに演算によって求められたピーク位置を１次元画像であるＸ線測定図形の上に「＋」印で表示した状態を示している。また、図９は、演算によって求めたピーク位置の座標を表形式で表示装置２９の画面上に表示した状態を示している。図８のようにＸ線測定図形とピーク位置マークとの両方を同時に表示すれば、判断が非常に容易になる。また、図９の表を同時に参照すれば、非常に正確な判断を行うことができる。なお、図８のような「＋」印のピーク位置表示は、図３の２次元画像Ｅ及び３次元画像Ｈに表示することもできる。
【００７７】
複数の測定データが互いに重なる領域を持つ場合であって、それらの測定データについてピークサーチ処理を行ったときには、図９に示す表はそれぞれのデータに対応して複数、表示される。画面上の「＋」印に対してこの表を参照すれば、重なっている領域について、どちらのデータのピーク位置であるか判断できるようになる。
【００７８】
次に、図２のデータ解析部２４は、必要に応じて、座標変換処理を行う。以下、その座標変換処理について説明する。記述の通り、逆格子マップ測定は、図１０（ａ）に示すように、逆格子空間ＲｅのＹ軸線周りの角度、すなわち試料に関する面内回転角度が一定である断面ＳｅにおけるＸ線強度情報を測定するものである。この測定面Ｓｅに関して図１１において符号Ａ０で示す領域に対して測定を行うものとすれば、その領域は図１において、Ｘ線入射角度ω及びＸ線検出角度２θを所定の範囲に設定することによって決められる。
【００７９】
そして、そのような測定によって、例えば図３における２次元画像Ｅが得られて解析に供される。今日の逆格子マップにおける解析に関しては、そのような解析処理に留まらず、図１１において（ω，２θ）によって特定された測定領域Ａ０を、横軸ＱＨ及び縦軸ＱＮによって規定される座標系、すなわち逆格子座標系へ座標変換して、さらに解析を行うことが行われている。
【００８０】
図２のデータ解析部２４はそのような座標変換処理を行うことができる。そして、その座標変換が行われると、図３の２次元画像Ｅは、図１２に示すような表示へと変換される。この表示においては、例えば、ピーク波形Ｐ１とピーク波形Ｐ２のピーク位置が縦線Ｌ０に乗るか、あるいは、縦線から外れるかが測定結果として大きな意味を持っている。
【００８１】
以上のように，本実施形態によれば、図３のプロファイルＰ１とプロファイルＰ２とを求めるための異なる測定条件下での測定をそれぞれ別々に行い。それらのデータを最終的に１つの画面上でつなぎ合わせて、１次元座標、２次元座標、又は３次元座標等といった１つの座標系上に表示した。この結果、２つ以上のデータを１つの座標系上で比較できるので、分析の信頼性を向上させることができる。
【００８２】
また、測定条件の全てにわたって測定を行うのではなく、必要な領域だけの測定を行って、得られた結果を画像処理によってつないで１つの画面上に表示するようにしたので、測定時間を非常に短くすることができる。
【００８３】
また、３次元画像すなわち立体画像によって表示される測定結果は解析処理、例えば、ピークサーチ、座標変換等が行われた後のものであるので、測定結果はオペレータにとって非常に見易いものとなっている。
【００８４】
（変形例）
以上の実施形態では、Ｓｉ基板Ｓ０上にＧａＡｓ薄膜Ｓ１をエピ成長させて成る物質を試料Ｓとした。しかしながら、試料はこの種類のものに限定されるものではなく、他の種類の物質を試料Ｓとすることができる。例えば、Ｓｉ基板単体、薄膜Ｓ１単体、その他、構造を知りたいと思う任意の物質の単体又は積層体等とすることができる。
【００８５】
また、試料Ｓは、同一種類の物質であってもその製造方条件が異なる複数の物質とすることもできる。例えば、Ｓｉ基板Ｓ０上にＧａＡｓ薄膜Ｓ１をエピ成長させて成る物質を試料Ｓとする場合、製造時の温度、製造時の圧力等が変化すると、物性の異なった物質が製造されることが考えられる。この場合には、そのような同一種類であっても物性の異なる複数の物質をそれぞれ試料Ｓとすることができる。
【００８６】
また、以上の実施形態では、分析中に試料が置かれる環境、すなわち雰囲気については一定の条件にあるものと考えた。しかしながら、分析中に試料の周りの環境が変化する場合には、それぞれの環境下において異なった測定データが得られる。この場合、環境の変化としては、例えば温度変化、ガス雰囲気の変化等が考えられる。
【００８７】
（第２実施形態）
図１３は、本発明に係るＸ線分析方法の他の実施形態を実施するためのＸ線測定装置を示している。ここに示すＸ線測定装置４１の多くの部分は図１に示したＸ線測定装置１と同じであるので、同じ構成要素は同じ符号を付すことにしてその説明は省略する。また、Ｘ線測定装置４１によって試料Ｓに対して逆格子マップ測定を行うことも図１の実施形態の場合と同じである。また、Ｘ線測定装置４１の動作を制御するための制御装置としては、図２に示した制御装置１４を用いることができる。
【００８８】
以下、Ｘ線測定装置４１において図１のＸ線測定装置１と異なる点について説明する。まず、試料Ｓに関してω軸線、χ（カイ）軸線、及びφ軸線を考える。ω軸線は、Ｘ線光軸に交わるように図１３の紙面垂直方向へ延びる軸線である。χ軸線は、試料Ｓの表面を通ってω軸線に交わる軸線である。また、φ軸線は、ω軸線及びχ軸線の両方に交わる軸線である。試料Ｓは、該試料Ｓをφ軸線周りに回転させるφ軸回転系（図示せず）によって支持される。このφ軸回転系は、試料Ｓをχ軸線周りに回転させるχ軸回転系（図示せず）によって支持される。そして、χ軸回転系は、試料Ｓをω軸線周りに回転させるω軸回転系（図示せず）によって支持される。
【００８９】
Ｘ線測定装置４１は、ω回転装置４２、χ回転装置４３、及びφ回転装置４４を有する。ω回転装置４２は、上記ω回転系を駆動することにより、試料Ｓをω軸線を中心として回転させる。これにより、試料Ｓに対するＸ線の入射角度ωを変化させる。また、χ回転装置４３は、上記のχ回転系を駆動することにより、試料Ｓをχ軸線を中心として回転させる。このχ軸線周りの回転は、試料の方位を決める２つの方位角度のうちの１つである、試料のあおり軸周りの角度χを変化させるために行われるものである。さらに、φ回転装置４４は、上記φ回転系を駆動することにより、試料Ｓをφ軸線を中心として回転させる。このφ軸線周りの回転は、試料の方位を決める２つの方位角度のうちの他の１つである、試料の面内回転軸周りの角度φを変化させるために行われるものである。
【００９０】
上記構成より成るＸ線測定装置４１を用いてＸ線分析を行う場合には、試料Ｓに関するχ軸線周りのあおり角度χを変えるか、あるいは、試料Ｓに関するφ軸線周りの面内回転角度φを変えるかした上で、図１に関連して説明した（ω，２θ）の走査による逆格子マップ測定を行うことができる。これにより、試料Ｓを分析するに際して、さらに有効なデータを得ることができる。なお、図２において、Ｘ線測定装置４１はＸ線入射角度信号Ｓω、Ｘ線検出角度信号Ｓ２θ及びＸ線強度信号ＳＩに加えて、あおり角度χを示す信号及び面内回転角度φを示す信号を制御装置１４へ送る。
【００９１】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るＸ線分析方法及びＸ線分析装置を、極点測定に適用する場合を例に挙げて説明する。極点測定は、図１０（ｂ）に関して既に説明した通り、逆格子空間ＲｅのＸ線入射角度ω及びＸ線検出角度２θが一定であって、試料をＹ軸線周りに面内回転させたときに得られる曲面Ｓｕ上におけるＸ線強度情報を測定するものであると考えられる。
【００９２】
図１４は、極点測定を行うための本発明に係るＸ線分析装置のＸ線測定装置５１を示している。このＸ線測定装置５１の動作を制御するための制御装置としては、図２に示した制御装置１４を用いることができる。このＸ線測定装置５１の機構自体は図１３に示したＸ線測定装置４１と同じであるので、同じ構成要素は同じ符号で示すことにしてそれらの機構自体の説明は省略する。なお、図２において、Ｘ線測定装置５１は、Ｘ線入射角度信号Ｓω、Ｘ線検出角度信号Ｓ２θ及びＸ線強度信号ＳＩに加えて、あおり角度χを示す信号及び面内回転角度φを示す信号を制御装置１４へ送る。また、本実施形態で測定に供される試料Ｓは、図１３に示したような基板に薄膜を積層して成る積層構造の試料ではなく、単体の物質である。本実施形態では、Ｘ線測定装置５１によって試料Ｓ内の結晶の分布を測定するものとする。
【００９３】
本実施形態では、Ｘ線入射角度ω及びＸ線検出角度２θを一定に維持した上で、あおり角度χ及び面内回転角度φを変化させながら、Ｘ線カウンタ９によってＸ線強度を測定する。具体的には、（１）（χ＝０°付近、φ＝０°〜３６０°）、（２）（χ＝３０°付近、φ＝０°〜３６０°）、そして（３）（χ＝９０°付近、φ＝０°〜３６０°）の３つの異なった測定条件の下で３種類の測定を行う。
【００９４】
以上の測定の結果、例えば、図１５に示すような表示がディスプレイの画面３４上に得られる。図中、符号Ｆが１次元画像であり、符号Ｅが２次元画像であり、符号Ｄが３次元画像である。３次元画像Ｄにおいて、円周方向に設けられた座標がφ軸座標であり、半径方向に設けられた座標がχ軸座標であり、斜視図の高さ方向に設けられたのがＩ軸座標である。φ軸座標は図１４における面内回転角度φをプロットする座標である。χ軸座標は図１４におけるあおり角度χをプロットする座標である。そして、Ｉ軸座標は図１４においてＸ線カウンタ９によって検出されるＸ線強度Ｉをプロットする座標である。
【００９５】
本実施形態では、（１）（χ＝０°付近、φ＝０°〜３６０°）、（２）（χ＝３０°付近、φ＝０°〜３６０°）、そして（３）（χ＝９０°付近、φ＝０°〜３６０°）の３つの異なった測定条件の下で３種類の測定が行われる。図１５の３次元画像Ｄにおいて、最も外側のプロファイルＰ１は上記の測定条件（１）の下に得られた測定結果を示している。また、中間のプロファイルＰ２は上記の測定条件（２）の下に得られた測定結果を示している。また、中心部のプロファイルＰ３は上記の測定条件（３）の下に得られた測定結果を示している。
【００９６】
３次元画像Ｄにおいて、Ｘ線強度情報Ｉは色分け表示されている。具体的には、強度Ｉの低い位置から高い位置へ向けて「青」→「緑」→「黄」→「赤」の順に色分けされ、中間部は各色の混合色で示される。また、２次元画像Ｅは、３次元画像Ｄを上方から見た場合の平面画像に相当する。２次元画像Ｅにおいても、Ｘ線強度Ｉの違いは色分けによって表示される。例えば、強度Ｉの低い位置から高い位置へ向けて「青」→「緑」→「黄」→「赤」の順に色分けされ、中間部は各色の混合色で示される。また、１次元画像Ｆは、３次元画像Ｄを垂直断面で切った所のプロファイルに相当する。１次元画像Ｆにおいて、横軸はχ軸（あおり角度）であり、縦軸はＩ（Ｘ線強度）である。
【００９７】
本実施形態では、図１４のω軸、χ軸、φ軸に関して全ての角度にわたって測定が行われるのでなく、測定は上記の（１）、（２）、（３）の３種類の範囲だけであり、それらの測定データを図２の画像データ生成部２６によって１次元画像データ、２次元画像データ及び３次元画像データから成る１つの画像データとして組合せ、その１つの画像データを図１５のように１つの画面３４内に表示するようにした。このため、必要とする領域内のデータが不足無く求められ、しかも、ω、χ、φの全ての領域にわたって測定を行う場合に比べて、測定時間を著しく短縮できる。
【００９８】
以上のように、本実施形態によれば、図１５のプロファイルＰ１、プロファイルＰ２、及びプロファイルＰ３を求めるための異なる測定条件下での測定をそれぞれ別々に行い、それらのデータを最終的に１つの画面上でつなぎ合わせて、１次元座標Ｆ、２次元座標Ｅ、又は３次元座標Ｄ等といったそれぞれ１つの座標系上に表示した。この結果、２つ以上のデータを１つの座標系上で比較できるので、分析の信頼性が向上する。
【００９９】
また、測定条件の全てにわたって測定を行うのではなく、必要な領域だけの測定を行って、得られた結果を画像処理によってつないで１つの画面上に表示するようにしたので、測定時間を非常に短くすることができる。
【０１００】
また、３次元画像Ｄすなわち立体画像によって表示される測定結果は解析処理、例えば、ピークサーチ、座標変換等が行われた後のものであるので、測定結果はオペレータにとって非常に見易いものとなっている。
【０１０１】
（変形例）
以上の実施形態では、１種類の試料Ｓに対して極点測定を行った。しかしながら、２種類以上の試料に対して極点測定を行って測定データを求め、それら複数種類の測定データを１つの画面内にまとめて表示することもできる。
【０１０２】
また、試料Ｓは、同一種類の物質であってもその製造方条件が異なる複数の物質とすることもできる。例えば、１種類の物質を試料Ｓとする場合、その物質の製造時の温度、製造時の圧力等が変化すると、物性の異なった物質が製造されることが考えられる。この場合には、そのような同一種類であっても物性の異なる複数の物質をそれぞれ試料Ｓとすることができる。
【０１０３】
また、以上の実施形態では、分析中に試料が置かれる環境、すなわち雰囲気については一定の条件にあるものと考えた。しかしながら、分析中に試料の周りの環境が変化する場合には、それぞれの環境下において異なった測定データが得られる。この場合、環境の変化としては、例えば温度変化、ガス雰囲気の変化等が考えられる。
【０１０４】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
【０１０５】
例えば、以上の各実施形態では平行ビーム法を用いた測定に対して本発明を適用したが、本発明は、集中法を用いたＸ線測定に対しても適用できる。
【０１０６】
また、図３の実施形態では、１つの試料に対して測定条件を変えて２種類のデータを求めた。また、図１５の実施形態では、１つの試料に対して測定条件を変えて３種類のデータを求めた。そしてさらに、それらのデータに対してデータ処理及びデータ解析を行った。しかしながら、測定するデータは４種類以上であっても良い。また、１つの試料ではなく２つ以上の試料から２種類以上のデータを求める場合に本発明を適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明に係るＸ線分析方法及びＸ線分析装置は、物質を非破壊で分析する場合に好適に用いられる。また、１つ又は複数の物質から求めた複数種類のデータを比較する必要がある場合に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係るＸ線分析装置で用いられるＸ線測定装置の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るＸ線分析装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図３】図２の装置で用いられる表示装置の画面上に表示される画像の一例を示す図である。
【図４】図３で示した表示の一部分の変形例を示す図である。
【図５】図３で示した表示の一部分を示す図であって、測定されたデータをそのまま表示した例を示す図である。
【図６】図３で示した表示の一部分を示す図であって、測定されたデータに平滑化処理を施して表示した例を示す図である。
【図７】図３で示した表示の一部分を示す図であって、測定されたデータにバックグラウンド除去処理を施して表示した例を示す図である。
【図８】図３で示した表示の一部分を示す図であって、ピークサーチ後の結果を指示した状態の一例を示す図である。
【図９】表示装置の画面上に表示される画像の一例であって、ピークサーチの結果を表形式で表示した状態を示す図である。
【図１０】Ｘ線分析手法の例を模式的に示す図であって、（ａ）は逆格子マップ測定を示し、（ｂ）は極点測定を示す。
【図１１】逆格子マップ測定の測定手法を模式的に示す図である。
【図１２】座標変換処理の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る分析装置で用いられるＸ線測定装置の他の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明に係る分析装置で用いられるＸ線測定装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１５】図１４のＸ線測定装置を用いて行った測定の結果を画面上に表示した状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１．Ｘ線測定装置、  ２．フィラメント、  ３．回転ターゲット、
４．Ｘ線発生装置、  ６．多層膜ミラー、  ７．平行ビーム形成装置、
８．ビーム調整装置、  ９．Ｘ線カウンタ、  １１ａ，１１ｂ．スリット、
１２ａ，１２ｂ．受光スリット、  １４．制御装置、  ２１．ハードディスク、
２２．バス、  ２６．画像データ生成部、  ２９．画像表示装置、
３１．プリンタ、  ３２．キーボード、  ３３ａ，３３ｂ．ファイル、  ３４．画面、
Ｄ．３次元画像、  Ｅ．２次元画像、  Ｆ．１次元画像、  Ｇ．線、
Ｐ１，Ｐ２．プロファイル、  Ｓ．試料、  Ｓ０．基板、  Ｓ１．薄膜
【図１】
2005300305.tif 000003
【図２】
2005300305.tif 000004
【図３】
2005300305.tif 000005
【図４】
2005300305.tif 000006
【図５】
2005300305.tif 000007
【図６】
2005300305.tif 000008
【図７】
2005300305.tif 000009
【図８】
2005300305.tif 000010
【図９】
2005300305.tif 000011
【図１０】
2005300305.tif 000012
【図１１】
2005300305.tif 000013
【図１２】
2005300305.tif 000014
【図１３】
2005300305.tif 000015
【図１４】
2005300305.tif 000016
【図１５】
2005300305.tif 000017